(57)【要約】    【課題】  本発明の目的は、組み立て時の初期の変形及び長期運転時に渡る経年変化によるバインドリングの張力低下を低減し、支持機能の低下を防止する発電機及びその製造方法を提供することにある。    【解決手段】  本発明は、回転子鉄心溝内に組み込まれたコイルを有し、前記鉄心の外部に突出した前記コイルのコイルエンドをコイル支持体に固定するバインドリングを備えた発電機において、前記バインドリングの軸方向端部の少なくとも一方に該端部の変形を拘束する拘束部材を有することを特徴とする。【選択図】図１
2006141103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心溝内に組み込まれたコイルを有し、前記鉄心の外部に突出した前記コイルのコイルエンドをコイル支持体に固定するバインドリングを備えた発電機において、前記バインドリングの軸方向端部の少なくとも一方に該端部の変形を拘束する拘束部材を有することを特徴とする発電機。
【請求項２】
請求項１において、前記拘束部材は、前記バインドリングの軸方向端面及び軸方向端部の上面の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする発電機。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記コイルは底コイルとその上に形成された上コイルとの２段に形成されると共に、前記コイルエンドは２段に形成され、前記拘束部材が前記コイルエンドの少なくとも一方の段に設けられていることを特徴とする発電機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記拘束部材は、非磁性金属材料又は非金属材料よりなり、円環状に構成されていることを特徴とする発電機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記拘束部材は、前記バインドリングの構成部材より幅の狭いバインドテープで構成されていることを特徴とする発電機。
【請求項６】
請求項５において、前記拘束部材は、前記バインドリングの構成部材を追加巻きし、前記バインドリングの部分より単位長さ当たりのバインドの巻き数を多くした構成からなることを特徴とする発電機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、前記バインドリングは、樹脂繊維を熱硬化性樹脂によって形成されたプリプレグからなるテープによって巻回された後、熱硬化されてなることを特徴とする発電機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、前記コイル支持体とコイルとの間及び前記コイルとバインドリングとの間に径方向の高さを調節する樹脂からなる寸法調整材が形成されていることを特徴とする発電機。
【請求項９】
請求項３〜８のいずれかにおいて、前記底コイルと上コイルとを各々の端部で電気的に接続する円盤状のコイル端部を有することを特徴とする発電機。
【請求項１０】
回転子鉄心溝内に組み込まれたコイルを有し、前記鉄心の外部に突出した前記コイルのコイルエンドをコイル支持体にバインドリングによって固定する発電機の製造方法において、前記バインドリングの形成前後の少なくとも一方で前記バインドリングの端部の変形を拘束する拘束部材を形成にすることを特徴とする発電機の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０において、前記バインドリングの軸方向端面の少なくとも一方に前記端部の変形を拘束する拘束部材を形成後、前記バインドリングを形成にすることを特徴とする発電機の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０において、前記バインドリングを形成後、前記バインドリングの軸方向端面及び軸方向端部の上面の少なくとも一方に前記端部の変形を拘束する拘束部材を形成にすることを特徴とする発電機の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれかにおいて、前記コイルが２段有すると共に、前記コイルエンド部を２段有し、前記拘束部材を前記コイルエンドの少なくとも一方の段に設けることを特徴とする発電機の製造方法。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれかにおいて、前記コイル支持体とコイル及び前記コイルとバインドテープとの間に径方向の高さを調節する樹脂からなる寸法調整材を形成することを特徴とする発電機の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０〜１４のいずれかにおいて、前記バインドリングの構成部材より幅の狭いバインドテープによって前記拘束部材を形成することを特徴とする発電機の製造方法。
【請求項１６】
請求項１０〜１５のいずれかにおいて、前記コイル上に樹脂繊維を有するプリプレグ樹脂からなるテープを高温で張力を加えて巻回した後、加熱硬化することにより前記バインドリングを形成することを特徴とする発電機の製造方法。
【請求項１７】
請求項１０〜１６のいずれかにおいて、前記バインドリングの形成後に、前記拘束部材を除去することを特徴とする発電機の製造方法。
【請求項１８】
回転子鉄心溝内に組み込まれたコイルを有し、前記鉄心の外部に突出した前記コイルのコイルエンド部をコイル支持体にバインドリングによって固定する発電機の製造方法において、前記コイル上に樹脂繊維を有するプリプレグ樹脂からなるテープを高温で張力を加えて巻回した後、加熱硬化することにより前記バインドリングを形成することを特徴とする発電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な発電機とその製造方法に係り、特に大容量の発電機に好適な回転子コイルエンド支持部を有する発電機とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、発電機の回転子エンド部にポリイミドフィルムとマイカシートを張り合わせた絶縁シートを繰り返したエポキシ樹脂含浸でバインド下絶縁を形成し、その上に非磁性のピアノ線のバインドリングを形成することが示されている。又、特許文献２には、発電機の回転子エンド部に化学繊維のバインド材をテープ状にして形成することが示されている。更に、特許文献３には、熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグからなるバインド下絶縁を形成し、その上にバインドリングを形成することが示されている。
【０００３】
即ち、発電機の回転子エンド部は、鉄心及び金属製支持体、コイル等を有する。運転時には回転子が高速で回転することにより発電を行うため、この回転により鉄心及び金属製支持体、コイル等には大きな遠心力が加わる。そのため、コイルに応力が負荷され、コイルが外周方向に曲がるように変形する。コイルにはこれらの応力に抗しての絶縁物が施工されているが、この変形が絶縁物の許容ひずみ、許容応力以上になると絶縁物が破壊し、コイルと鉄心或いは金属支持体等のアース電位部とが短絡して回転子の破壊に至り、最悪時には発電機の運転不能となる可能性がある。
【０００４】
このような状況に対処して現在、特許文献１〜３に示されるように、コイルエンド部では、バインドに張力を負荷してコイルを金属製支持体に縛り付けるようにして固定し、コイルの変形を防止している。このバインドは金属バインド線、非金属性の繊維に硬化性樹脂を含浸させたものを硬化して形成される。
【０００５】
そして、金属バインド線には、針金状の非磁性のピアノ線などを用い、コイルエンド部の重量と回転子の回転による遠心力に耐え、振動等でもゆるむことがないように強い張力をかけて巻き付ける。
【０００６】
又、非金属製の繊維を用いる場合には、繊維を幅広に並べて、硬化性樹脂を含浸させてテープ状にし、強い張力をかけて、コイルエンド部の鉄心側からコイル端部まで、発電機の軸方向に渡って巻き付ける。
【０００７】
しかし、バインドの張力は、回転により生じる遠心力の大きさに伴い大きくする必要があるため、近年では発電機の出力の増加による大型化で張力も増加し、最下層のバインド線、又は、テープを巻き付ける際には、バインド巻き付け機の最大出力近くで使用する場合が多くなっている。このように負荷が大きくなっているため、バインドを複数層巻き付けていく際に、上層を巻く時に下層が崩れ所定の形状を保てない場合がある。
【０００８】
又、このようなバインドに負荷される張力は、時間の経過とともに応力緩和により徐々に低下していく。更に、バインドによって固定されているコイルや寸法調整材やバインドなどが圧縮負荷を受けることによりクリープ変形することによっても、バインドの張力が低下する。
【０００９】
このようにバインドの張力が低下すると、コイルエンド各部の変形が大きくなるため、コイルの絶縁物にかかる負荷が大きくなってしまう。その結果、経年による劣化が大きくなり、絶縁物の寿命が低下する可能性がある。また絶縁物が寿命に至らない場合でも、張力が低下しバインドが抜け出してしまうと直ちに回転子の破壊に至る可能性が考えられる。
【００１０】
特に近年は、出力大容量化に伴う遠心力の増加のため、比強度の高い非金属性の繊維に硬化性樹脂を含浸させたものを硬化して形成されたバインドテープが多く使われるようになっているが、このような材料を用いたバインドの応力緩和やクリープ変形量は、一般的に金属に比べて大きいため、このような問題もより大きくなる。
【００１１】
【特許文献１】特開平８-２０５４４７号公報
【特許文献２】特開平７-１８４３３８号公報
【特許文献３】特開平６-９８４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、組み立て時の初期の変形及び長期運転時に渡る経年変化によるバインドリングの張力低下を低減し、支持機能の低下を防止する発電機及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、回転子鉄心溝内に組み込まれたコイルを有し、前記鉄心の外部に突出した前記コイルのコイルエンドをコイル支持体に固定するバインドリングを備えた発電機において、前記バインドリングの軸方向端部の少なくとも一方に該端部の変形を拘束する拘束部材を有することを特徴とする。
【００１４】
即ち、本発明は、組立て時及び経年による変化により生じるバインドの張力低下を低減するため、バインドリング端部の少なくとも一方をストッパにより拘束し、バインドリングの端部からの変形を防止することで、張力の低下を防止するものである。
【００１５】
前記拘束部材は、前記バインドリングの軸方向端面及び軸方向端部の上面の少なくとも一方に設けられていること、又、前記コイルは底コイルとその上に形成された上コイルとの２段に形成されると共に前記コイルエンドは２段に形成され前記拘束部材が前記コイルエンドの少なくとも一方の段に設けられていることと、両者の組み合わせが好ましい。
【００１６】
又、前記拘束部材は、非磁性金属材料又は非金属材料よりなり円環状に構成されていること、前記バインドリングの構成部材より幅の狭いバインドテープで構成されていること、更に、前記バインドリングの構成部材を追加巻きし前記バインドリングの部分より単位長さ当たりのバインドの巻き数を多くした構成からなることと、これらの組み合わせが好ましい。
【００１７】
前記バインドリングは、樹脂繊維を熱硬化性樹脂によって形成されたプリプレグからなるテープによって巻回された後熱硬化されてなること、前記コイル支持体とコイルとの間及び前記コイルとバインドリングとの間に径方向の高さを調節する樹脂からなる寸法調整材が形成されていること、又、前記底コイルと上コイルとを各々の端部で電気的に接続する円盤状のコイル端部を有することと、これらの組み合わせが好ましい。
【００１８】
本発明は、回転子鉄心溝内に組み込まれたコイルを有し、前記鉄心の外部に突出した前記コイルのコイルエンドをコイル支持体にバインドリングによって固定する発電機の製造方法において、前記バインドリングの形成前後の少なくとも一方で前記バインドリングの端部の変形を拘束する拘束部材を形成にすることを特徴とする。
【００１９】
前記バインドリングの軸方向端面の少なくとも一方に前記端部の変形を拘束する拘束部材を形成後前記バインドリングを形成にすること、又、前記バインドリングを形成後、前記バインドリングの軸方向端面及び軸方向端部の上面の少なくとも一方に前記端部の変形を拘束する拘束部材を形成にすることと、両者の組み合わせが好ましい。
【００２０】
前記コイルが２段有すると共に、前記コイルエンド部を２段有し、前記拘束部材を前記コイルエンドの少なくとも一方の段に設けること、前記コイル支持体とコイル及び前記コイルとバインドテープとの間に径方向の高さを調節する樹脂からなる寸法調整材を形成すること、又、前記バインドリングの構成部材より幅の狭いバインドテープによって前記拘束部材を形成することと、これらの組み合わせが好ましい。
【００２１】
前記コイル上に樹脂繊維を有するプリプレグ樹脂からなるテープを高温で張力を加えて巻回した後、加熱硬化することにより前記バインドリングを形成すること、又、前記バインドリングの形成後に前記拘束部材を除去すること、これらの組み合わせが好ましい。
【００２２】
本発明は、回転子鉄心溝内に組み込まれたコイルを有し、前記鉄心の外部に突出した前記コイルのコイルエンド部をコイル支持体にバインドリングによって固定する発電機の製造方法において、前記コイル上に樹脂繊維を有するプリプレグ樹脂からなるテープを高温で張力を加えて巻回した後、加熱硬化することにより前記バインドリングを形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、組み立て時の初期の変形及び長期運転時に渡る経年変化によるバインドリングの張力低下を低減し、支持機能の低下を防止する発電機及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体的な実施例によって説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明に係る水車発電機の片側の断面図である。図１に示すように、固定子にはステータコイル２０、ステータコア２３、ステータフレーム２４を有する。回転子１は、ロータコイル２１、コイル支持体４、バインドリング７、ロータリムコア１５を有する。他、ブレーキリング１２、下部軸１３、上部軸１４、ブレーキ兼ジャッキ１６、スラスト軸受１７、ばね１８、下部ブラッケット１９、下部ブラケットケース２０を有する。
【００２６】
図２は、回転子への底コイル及び上コイルの植え込みの状態を示す斜視図である。図２に示すように、回転子１は、所定枚数の積層鋼板からなる鉄心３によって構成されるロータリムコア１５の軸方向に平行に形成されると共に、その円周面の全周に亘って多数形成された溝内に底コイル５ａ及び上コイル５ｂを順次形成されると共に、底敷２５、中層間２６、内ウェッジ２７、外ウェッジ２８が植え込まれている。底コイル５ａ及び上コイル５ｂは径方向に幅広の導体又は線を束ねた導体が用いられ、内ウェッジ２７、外ウェッジ２８によって遠心力方向９によるそれらの抜けが防止されると共に、以下に示すようにコイルエンド部４でバインドリング７によって固定される。
【００２７】
図３は、本発明に係る発電機の例を示す回転子のコイルエンド部の断面図である。図３に示すように、回転子１のコイルエンド２は、鉄心３及び金属製支持体４、コイル５ａ、５ｂ等からなる。運転時には回転子１が高速で回転することにより発電を行うため、この回転により鉄心３及び金属製支持体４、コイル５ａ、５ｂ等には大きな遠心力が加わる。そのため、コイル５ａ、５ｂに応力が負荷され、コイル５ａ、５ｂが外周方向に曲がるように変形する。コイル５ａ、５ｂにはこれらの応力に抗しての絶縁物が施工されているが、この変形が絶縁物の許容ひずみ、許容応力以上になると絶縁物が破壊し、コイル５ａ、５ｂと鉄心３或いは金属支持体４等のアース電位部とが短絡して回転子１の破壊に至り、最悪時には発電機の運転不能となる可能性がある。
【００２８】
このような状況に対処してコイルエンド２には、下バインドリング７ａ、上バインドリング７ｂに張力を負荷してコイル５ａ、５ｂを金属製支持体４に縛り付けるようにして固定し、コイル５ａ、５ｂの変形を防止している。この下バインドリング７ａ、上バインドリング７ｂには、金属バインドリング、金属バインド線、非金属性の繊維に硬化性樹脂を含浸させたものを硬化して形成された物が用いられる。
【００２９】
金属バインド線には、針金状の非磁性のピアノ線などを用い、コイルエンド２の重量と回転子の回転による遠心力に耐え、振動等でもゆるむことがないように強い張力をかけて巻き付ける。
【００３０】
非金属製の繊維を用いる場合には、アラミド繊維を所定の幅を有する幅広に並べて、熱硬化性樹脂を含浸させてテープ状にしたもので、このテープに強い張力をかけて、コイルエンドの鉄心側からコイル端部まで、発電機の軸方向に渡って巻き付ける。
【００３１】
バインドの張力は、回転により生じる遠心力の大きさに伴い大きくする必要があるため、発電機の出力の増加による大型化で張力も増加し、最下層のバインド線、又は、テープを巻き付ける際には、バインド巻き付け機の最大出力近くで使用する場合が多くなっている。このように負荷が大きくなっているため、バインドを複数層巻き付けていく際に、下バインドリング７ａ、上バインドリング７ｂの端部に拘束部材としてストッパ８ａ、８ｂを配置することにより各バインドリングの上層を巻く時に下層の崩れを防止することができる。
【００３２】
次に、発電機の回転子コイルの巻き線支持方法について説明する。下バインドリング７ａ、上バインドリング７ｂには、非金属製のバインドテープ、又は、非磁性の金属線が用いられ、本実施例ではバインドテープを用いる場合について詳細に示す。
【００３３】
第１工程では、底コイル５ａがロータリムコア１５に形成された溝内に挿入され、そのコイルエンド２は、回転子１に取り付けられた金属支持体４の上に、コイルの高さのばらつきを吸収するための熱硬化性エポキシ樹脂を含浸した径方向の高さを調整する寸法調整剤６を介して底コイル５ａが配置される。そして、底コイル５ａ上面を平坦にし下バインドリング７ａを巻きやすくするために、寸法調整剤６を再度配置する。その後、寸法調整材６ａを加熱して硬化させる。
【００３４】
第２工程では、バインドテープを巻き付ける前に、拘束部材であるストッパ８ａを下バインドリング７ａ端部の少なくとも一方に配置する。これにより、下バインドリング７ａを構成しているバインドテープが巻き付け時にずれて全体が崩れるのを防ぐことができる。その後、底コイル５ａの上に、非金属製のバインドテープを層状にして複数回巻き付けて下バインドリング７ａを得る。巻き付け時に発生する初期の応力緩和の影響を低減するために、下の層ほど張力を大きくし、最終層で所定の張力になるように徐々に小さくして行う。この時、同じ層ではそれぞれ一様な張力で巻き付ける。ストッパ８ａは、非金属製の繊維を所定の幅を有する幅広に並べて、硬化性樹脂を含浸させてテープ状にしたもので、予め熱硬化したもの、又は、巻回した後に熱硬化するプレプレグを用いることができる。
【００３５】
更に、下バインドリング７ａは、非金属製の繊維を所定の幅を有する幅広に並べて、硬化性樹脂を含浸させてテープ状にしたもので、巻回した後に熱硬化するプレプレグを用い、所定の温度に加熱して軟化した状態で張力を加えて巻回する。この巻回の際には、軟化した余分の樹脂を除去しながら巻回されるので、余分な樹脂が除去されるので、薄く充分に強度の高い下バインドリング７ａが形成される。その巻回後に熱硬化される。
【００３６】
その後、上コイル５ｂを配置し、上バインドリング７ｂに張力が負荷されることにより、下バインドリング７ａが圧縮される際に、このストッパ８ａ（内周側）により側部が拘束されているため、これによる崩れも防止できる。
【００３７】
第３工程では、下バインドリング７ａ上面の高さを均一化するために、前述と同様に寸法調整材６を下バインドリング７ａ上面に配置する。その後、下バインドリング７ａ及び寸法調整材６を加熱して硬化させる。
【００３８】
第４工程では、前述の底コイル５ａの上の形成された下バインドリング７ａ上に上コイル５ｂが配置される。底コイル５ａ同様、その上下には寸法調整材６を配置する。この時、上コイル５ｂの下に配置する寸法調整剤６は、下バインドリング７ａ上面に配置したものと同じものを使ってもよい。また、コイル間の距離を大きくし絶縁性能を高くするために、上コイル５ｂと下バインドリング７ａ間に絶縁スペーサ(図示せず)を配置してもよい。このような絶縁スペーサには、絶縁性があり比強度が高いＦＲＰ(繊維強化プラスティック)を用いるが、同様の機能をもつ他の材料を用いてもよい。
【００３９】
第５工程では、底コイル５ａと上コイル５ｂの端部とを、コイル端部５ｃによってろう付け、又は、溶接等で接続し、底コイル５ａと上コイル５ｂの端部とを電気的に接続する。そして、このコイル端部５ｃにも絶縁テープを巻くか、或いは、キャップ状にした部材を被せる、などして所定の絶縁耐力を持つように絶縁処理する。その後、上コイル５ｂ上下の寸法調整材６を硬化させるために加熱する。
【００４０】
最終の第６工程では、上コイル５ｂ上に前述と同様にプリプレグを用い、余分な樹脂を除去しながらバインドテープを所定張力下で巻き付けて拘束部材である上バインドリング７ｂを形成する。その端部の少なくとも一方には、前述と同様に、上バインドリング７ｂを形成する前に、ストッパ８ｂ（外周側）を配置し、上バインドリング７ｂの崩れを防ぎ、初期の張力が所定の値より低下することを防止する。そして上バインドリング７ｂを含む全体を加熱硬化して、全体乾燥を行い、コイルエンド２の組立てが終了する。
【００４１】
また、ストッパを１つの部材とすると部材が大きくなり過ぎる場合には、径方向に分割し、使用時に組み合わせて一体化すれば、作業性を向上させることができる。
【００４２】
ストッパの材料には、剛性が高く温度の影響も受けにくい、非磁性の金属材料(例えばピアノ線)を用いるとよい。又、ストッパ自身の遠心力の影響が小さくなるように、絶縁性がある非金属材料（例えば比強度の高い繊維強化プラスティック(ＦＲＰ))を用いてもよい。
【００４３】
以上、本実施例に示すように、ストッパ８を配置する工程を加えることにより、組み立て時の端部からの変形を防止することで、下バインドリング７ａ、上バインドリング７ｂの崩れを防ぎ、初期の張力が所定の値より低下することを防止することができる。それによりバインドリングが設計どおりの形状で組み立てることができ、コイル絶縁に生じる応力、ひずみ等も設計条件で得られるため、運転寿命の想定がより正確になり、安全な運転が実現できる。
【００４４】
更に、運転時においても、バインドリング側部が拘束されていることにより、ストッパがない場合に比べて、圧縮による下バインドリング７ａのクリープ変形及び下バインドリング７ａ、上バインドリング７ｂのバインド張力の応力緩和を抑制することもできる。
【００４５】
又、本実施例は、下バインドリング７ａ、上バインドリング７ｂに非磁性の金属線を用いる場合でも、同様の工程で実施することで目的とする機能を持たせることができる。
【００４６】
バインドリングには、非磁性の金属線を用いる場合などで、経年的な変化が小さく、全体の重量を大きくしたくない場合には、組立て時のみにストッパを使用し、運転前に部分的に、或いは、全体を、取り外すようにしても組立て時の形状保持効果が得られる。
【００４７】
図４（ａ）〜（ｃ）は、本実施例の拘束部材であるストッパの断面図である。図４（ａ）に示すように、下バインドリング７ａ、上バインドリング７ｂの端部の断面形状に合わせて台形状の円環状の部材としたもので、その端部の斜面に沿った形状である。このような断面形状にするとバインドリングの下面の方が広いため、安定した形状を保持しやすい。図４（ｂ）は他の例を示す拘束部材であるストッパの断面図である。図４（ｂ）は、バインドテープを複数層巻く場合、ストッパがバインドテープを遮るような状況になりやすいため、巻付けが容易になるように、径と断面の幅が異なる部材を階段状になるように組み合わせた円環状の部材である。これらを巻き付けたバインドテープの層の高さに合わせて、一段ずつ増やしていくことにより、テープの巻き付けが容易になる。又、図４（ｃ）は本発明に係る他の例を示す拘束部材であるストッパの断面図である。図４（ｃ）のようにストッパ断面を長方形にして、それぞれの層を同じような作業で巻線できるようにしたものである。
【００４８】
以上、本実施例によれば、構成部材の増加を最小限に抑えつつ、コイルエンド２を支持するバインドリング端部を拘束することができ、組み立て時の初期の変形及び長期運転時に渡る経年変化によるバインドリングの張力低下を低減することができ、コイル等にかかる負荷が小さくなり、長期間に渡って高い信頼性を有する発電機とその製造方法を提供することができる。
【００４９】
本実施例によれば、バインドリングに負荷される張力は、時間の経過による応力緩和の低下が少ない。更に、バインドリングによって固定されている底コイル５ａ、上コイル５ｂや寸法調整材６や下バインドリング７ａなどが圧縮負荷を受けることによりクリープ変形も少なく、バインドリングの張力の低下も少ないものである。従って、バインドリングの張力の低下が少なく、コイルエンド各部の変形が小さいため、底コイル５ａ、上コイル５ｂの絶縁物への負荷も小さく、その結果、経年による劣化も小さく、絶縁物の寿命の低下が少ない。
【００５０】
特に近年、出力大容量化に伴う遠心力の増加のため、比強度の高い非金属性の繊維に硬化性樹脂を含浸させたものを硬化して形成されるバインドテープにおいては、バインドの応力緩和やクリープ変形量は、一般的に金属に比べてやや大きいが、このクリープ変形を少なくできるものである。
【実施例２】
【００５１】
図５は、本発明に係る他の発電機の例を示す回転子のコイルエンド部の断面図である。本実施例では、上バインドリング７ｂの端部を拘束するために、上バインドリング７ｂ自体に拘束部材としてのストッパの機能を持たせたものである。
【００５２】
本実施例では、実施例１と同様に、巻回した後に熱硬化するプレプレグを用い、バインドリング７ｂを構成する際に、最初にコイル端部５ｃ上の一部までは、所定の温度でバインドテープを巻き付ける。その後、コイル端部５ｃ上の残りの部分に、通常のバインドテープより幅の狭いテープを用いて端部バインドリング９を形成し、ストッパとすることができる。これにより、巻き付け機を最大出力近くで巻いていた場合でも、巻き付け機の出力を変化させることなく、テープにかかる張力を高くして巻き付けることができる。このように張力を高くすると、コイル端部５ｃにかかる負荷は大きくなるが、コイル端部５ｃには下バインドリング７ａがなく、その分導体が占めているため、その部分の剛性が高く、張力を高くしても変形が大きくなりすぎる恐れがない。また、前述したように、この部分の絶縁は底コイル５ａ、上コイル５ｂを接続後構成するため、張力を高くした分、他の部分に比べて高い機械的強度及び絶縁耐力が必要になったとしても、絶縁テープの巻き数を増やす等で容易に対処することができる。
【００５３】
巻き付け機の性能に余裕があり張力を高くすることが容易であれば、通常部と同様の幅のバインドテープをコイル端部５ｃのみ張力を高くして巻き付けを行っても同様の効果が得られる。この場合、バインドテープの交換の必要がないため、効率よく作業が実施できる。
【００５４】
又、底コイル５ａ、上コイル５ｂのコイル絶縁の機械的強度及び絶縁耐力が十分であれば、下バインドリング７ａの両端及び上バインドリング７ｂの鉄心側の端部にも同様の処理をすれば、より高い効果が期待できる。そして、実施例１のように下バインドリング７ａ、上バインドリング７ｂ及び端部バインドリング９を巻くときに、ストッパ８ａ、８ｂを用いて巻いても互いに干渉が起こることがなく相乗効果が期待できるので、併用してもよい。
【００５５】
更に、ストッパ８ａ、８ｂを組立て時の崩れ防止のみを目的として、組立て後には取り外すようにすると、重量が増加しないため負荷を大きくすることがない。
【００５６】
以上、本実施例においても、実施例１と同様に、構成部材の増加を最小限に抑えつつ、バインド端部を拘束することができ、組み立て時の初期の変形及び長期運転時に渡る経年変化によるバインドリングの張力低下を低減することができ、長期に渡って高い信頼性を有する発電機を提供することができる。
【実施例３】
【００５７】
図６は、本発明に係る他の発電機の例を示す回転子のコイルエンド部の断面図である。本実施例は図５と同様にバインドリング７ｂの端部を拘束するために、バインドリング自体に拘束部材としてのストッパの機能を持たせたものである。本実施例では、実施例２と同様にコイル端部５ｃまで通常通りにプレプリグを用いてバインドテープを巻き付け、上バインドリング７ｂを形成した後、コイル端部５ｃの最外層に追加巻きを行い、追加巻きバインドリング１０を形成したものである。この追加巻きバインドリング１０に際しては、上バインドリング７ｂを形成して熱硬化させた後、コイル端部５ｃに追加巻きバインドリング１０の張力を上バインドリング７ｂの最下層の巻き付けの場合と同様にして、上バインドリング７ｂの最外層を巻き付けのときより高くする。
【００５８】
又、底コイル５ａ、上コイル５ｂのコイル絶縁の機械的強度及び絶縁耐力が十分であれば、上バインドリング７ｂの鉄心側の端部にも同様の処理をすれば、より高い効果が期待できる。更に、実施例１のようにバインドリング７ａ、７ｂ及び追加巻きバインドリング１０を巻くときに、実施例２のストッパ８ａ、８ｂと合わせて巻いても互いに干渉が起こることがなく相乗効果によりより高い効果が期待できる。
【００５９】
本実施例においても前述の実施例と同様に、組み立て時の初期の変形及び長期運転時に渡る経年変化によるバインドリングの張力低下を低減することができ、高い信頼性を有する発電機を提供することができる。
【実施例４】
【００６０】
図７は、本発明に係る他の発電機の回転子エンド部を示す断面図である。図７に示すように、回転子１のコイルエンド２は、鉄心３及び金属製のコイル支持体４、底コイル５ａ、上コイル５ｂ等からなる。運転時には回転子１が高速で回転することにより発電を行うため、この回転により鉄心３及び金属製支持体４、底コイル５ａ、上コイル５ｂ等には大きな遠心力が加わる。そのため、コイル５ａ、５ｂが外周方向に曲がる応力が負荷され、底コイル５ａ、上コイル５ｂにはこれらの応力に抗しての絶縁物が施工されると共に、変形を生じるが、この変形が絶縁物の許容ひずみ、許容応力以上になると絶縁物が破壊し、底コイル５ａ、上コイル５ｂと鉄心３或いはコイル支持体４等のアース電位部とが短絡して回転子１の破壊に至り、最悪時には発電機の運転不能となる可能性がある。
【００６１】
このような状況に対処してコイルエンド２では、底コイル５ａ、上コイル５ｂの変形を防止するために、非金属性の繊維に硬化性樹脂を含浸させた実施例１に記載のバインドテープを用い、下バインド７ａ、上バインド７ｂに張力を負荷して底コイル５ａ、上コイル５ｂを金属製支持体４に縛り付けるようにして固定し、硬化して形成される。巻き付け時に発生する初期の応力緩和の影響を低減するために、下の層ほど張力を大きくし、最終層で所定の張力になるように徐々に小さくして行う。この時、同じ層ではそれぞれ一様な張力で巻き付ける。
【００６２】
次に、発電機の回転子コイルの巻き線支持方法について説明する。図６に示すように、底コイル５ａを回転子１のロータリムコア１５の溝内に植え込むと共に、金属支持体４の上に配置する。底コイル５ａの上下には、シート状にした繊維に硬化性エポキシ樹脂を含浸した寸法調整材６を配置し、コイルの高さばらつきを吸収し、全体が同じ高さになるように調整する。この底コイル５ａの上に、実施例１と同様にプリプレグを用いたバインドテープを所定の温度で張力下で余分の樹脂を除去しながら巻き付けてバインドリング７ａを形成し、この巻回の際には、軟化した余分の樹脂を除去しながら巻回されるので、余分な樹脂が除去され、薄く充分に強度の高い下バインドリング７ａが形成される。その巻回後に熱硬化される。
【００６３】
次に、バインドリング７ａ上面の高さを均一化するために、寸法調整材６をバインドリング７ａ上面に配置する。その後バインドリング７ａ上に上コイル５ｂを配置する。底コイル５ａ同様、その上下には寸法調整材６を配置する。この時、上コイル５ｂの下に配置する寸法調整材６は、バインドリング７ａ上面に配置したものと同じものを用いることができる。
【００６４】
上コイル５ｂの下に寸法調整材６を形成終了後に、底コイル５ａと上コイル５ｂの端部には、コイル端部５ｃをろう付け、溶接等で結合し、電気的に接続される。そして、このコイル端部５ｃにも絶縁テープを巻くなどして所定の絶縁耐力を持つように絶縁処理する。
【００６５】
最終的に前述と同様にバインドテープを所定の温度及び張力下で巻き付け、この巻回の際には、軟化した余分の樹脂を除去しながら巻回されるので、余分な樹脂が除去され、薄く充分に強度の高い下バインドリング７ｂが形成される。その巻回後に熱硬化される。
【００６６】
以上のように、出力大容量化に伴う遠心力の増加に対して、比強度の高い非金属性の繊維に硬化性樹脂を含浸させたものを硬化して形成されたバインドテープは、応力緩和やクリープ変形量は、一般的に金属に比べて大きいが、本実施例により薄くて強度の高いものが得られることから、本実施例においても前述の実施例と同様に、組み立て時の初期の変形及び長期運転時に渡る経年変化によるバインドリングの張力低下を低減することができ、高い信頼性を有する発電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る水車発電機の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１の回転子への底コイル及び上コイルの植え込みの状態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る発電機の例を示す回転子のコイルエンド部の断面図である。
【図４】本発明に係るストッパの断面図である。
【図５】本発明に係る他の発電機の例を示す回転子のコイルエンド部の断面図である。
【図６】本発明に係る他の発電機の例を示す回転子のコイルエンド部の断面図である。
【図７】本発明に係る他の発電機の例を示す回転子のコイルエンド部の断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１…回転子、２…コイルエンド、３…鉄心、４…金属支持体、５ａ…底コイル、５ｂ…上コイル、５ｃ…コイル端部、６…寸法調整剤、７ａ…下バインドリング、７ｂ…上バインドリング、８…ストッパ、８ａ…ストッパ(内周側)、８ｂ…ストッパ(外周側)、９…端部バインドリング、１０…追加巻きバインドリング、１２…ブレーキリング、１３…下軸、１４…上軸、１５…ロータリムコア、１６…ブレーキ兼ジャッキ、１７…スラスト軸受パッド、１８…ばね、１９…下ブラケット、２０…下部ブラケットケース、２１…ローラコイル、２２…ステータコイル、２３…ステータコア、２４…ステータフレーム、２５…底敷、２６…中間層、２７…内ウェッジ、２８…外ウェッジ、２９…空気冷却器、３０…遠心力方向。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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